Funcionais À Base De Carbono Para Armazenamento De Carga

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ

DESENVOLVIMENTO DE NANOMATERIAIS À BASE DE CARBONO PARA ARMAZENAMENTO DE ENERGIA

TERESINA

2024

TEMA

Nanomateriais funcionais à base de carbono para armazenamento de carga

PROBLEMA

Diante das demandas crescentes energéticas e da necessidade de fontes renováveis torna-se crucial a busca por soluções eficientes de armazenamento de energia. Sendo imprescindível o estudo de materiais que superem as barreiras atuais, fornecendo maior capacidade de armazenamento e eficiência energética, a fim de contribuir para o avanço das tecnologias.

HIPÓTESES

Ao explorar e melhorar as propriedades estruturais e eletrônicas de nanomateriais à base de carbono, é possível desenvolver materiais inovadores. Acredita-se que a manipulação de características específicas resultará no aumento da capacidade de armazenamento além da maior eficiência energética.

OBJETIVOS

Objetivos gerais

• Sintetizar nanomateriais à base de carbono com diferentes estruturas e características.
• Realizar análises apresentadas para caracterizar a estrutura, composição e propriedades físico-químicas dos materiais desenvolvidos.

Objetivos específicos

• Investigar métodos para melhorar as propriedades eletrônicas dos nanomateriais resultando na maior condutividade elétrica e capacidade de armazenamento.
• Realizar testes experimentais para avaliar o desempenho energético de nanomateriais em dispositivos de armazenamento de energia.
• Explorar aplicações práticas de nanomateriais otimizados em sistemas de armazenamento de energia, considerando requisitos industriais e impactos potenciais no desenvolvimento de tecnologias mais sustentáveis.

JUSTIFICATIVA

Nas últimas décadas foram exploradas as aplicações dos nanomateriais baseados em carbono, devido suas propriedades que permitem a utilização em campos multidisciplinares.

O projeto baseia-se inicialmente no que há na literatura, em que a otimização desses nanomateriais resulta em melhoras significativas dos dispositivos de armazenamento de energia, o que impulsiona tanto a viabilidade de fontes renováveis quanto os setores como eletrônicos e armazenamento em larga escala.

Além disso, a abordagem teórica e prática permite a criação de estratégias para superar desafios específicos associados a questão energética, também contribuindo para o avanço no conhecimento científico-tecnológico nas áreas de nanomateriais.

REFERENCIAL TEÓRICO

A nanotecnologia ou simplesmente a tecnologia em nanoescala consiste na aplicação do conhecimento em um grupo de tecnologias onde a estrutura da matéria é controlada em escala nanométrica, produzindo novos materiais com propriedades únicas (Ramsden, 2016). O avanço resultante da nanotecnologia é oriundo da relação das mudanças de propriedades físico-químicas com a diminuição da área superficial (Neto, Carneiro, Fechine, 2020). Assim, novas práticas estão relacionadas a diferentes tipos de nanomateriais como nanopartículas, nanocompósitos, nanocristais e as estruturas baseadas em carbono.

Os nanomateriais à base de carbono tal qual o fulereno, nanotubos de carbono e grafite possuem uma variedade de composições e estruturas químicas, além de pertencerem a uma classe em desenvolvimento na nanotecnologia. Ademais, quando comparados a materiais de carbono tradicionais os nanomateriais possuem morfologia e estruturas que indicam potenciais propriedades físicas, químicas, condutividade elétrica, estabilidade química, entre outras (Yogeswari et al., 2022).

Bem como nos materiais convencionais, em nanomateriais as propriedades elétricas estão associadas ao transporte de elétrons, mais precisamente aos portadores de carga (Sanfelice, Pavinatto, Corrêa, p. 38). Contudo, essas propriedades são também influenciadas pelo tamanho e formato dos nanomateriais que apresentam menor condutividade elétrica quando comparados a materiais em macro escala, devido a relação de dimensão da partícula com o aumento da região de bandgap (Callister, 2020).

Para mais, baterias recarregáveis de íons de lítio são de grande interesse em virtude da alta densidade de energia e longo ciclo de vida, no entanto a baixa condutividade e expansão de volume necessitam de incorporação de materiais condutores afim de melhorar o transporte de elétrons (Lu et al., 2023). Outrossim, na literatura trabalhos já demonstraram que nanomateriais de carbono funcionalizados podem ser capazes de sob várias condições, atender os requisitos para combustíveis de energia solar, baterias de lítio, interruptores fotográficos, sistemas condutores de calor e supercapacitores (Li et al., 2019).  

METODOLOGIA

Inicialmente, utilizaremos técnicas de síntese como deposição química de vapor para o grafeno e de arco elétrico para nanotubos de carbono, após os materiais preparados será realizada microscopia eletrônica de transmissão para comprovar a formação do nanomaterial, em seguida medindo-se as propriedades elétricas do mesmo empregando espectroscopia, comparando os resultados com materiais convencionais.

ORÇAMENTO

Materiais e reagentes: R$ 10.000

Equipamentos de laboratório: R$ 10.000

Publicações: R$ 5.000

Total estimado: 25.000

CRONOGRAMA

Jan

Fev

Mar

Abr

Mai

Jun.

Jul

Ago

Set

Out

Nov

Dez

Preparação do projeto de pesquisa

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Aplicação da pesquisa-piloto

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Reformulação do projeto e alteração do instrumento de pesquisa

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Execução da primeira fase da pesquisa

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Execução da segunda fase da pesquisa

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Execução da terceira fase da pesquisa

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Análise dos dados

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Interpretação dos resultados e conclusões

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Redação do relatório

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Digitação

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Apresentação final

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REFERÊNCIAS

CALLISTER, W. D.; ROTHWISCH, D. G. Material Science and Engineering: an Introdution. Tradução: Sergio M. S. Soares. 9 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.